Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 87
Текст из файла (страница 87)
Лля ноннзацнн молекул в рабочее пространство ннжектнруются электроны с энергнямч, превышающнмн потенциал ноннзаинн газа, т. е. свыше 60 эВ. При столкновении электрона с газо. 2~1 вой частицей последняя нонизнруется. Вероятность такого собьыня за. сгнз висит от энергии электрона н от ь газа. Вероятность ноннзацни вы. ражается в числах ноннанрующнх ь Ог столкновений на каждый сантиметр пути электроне при давленнн газа в 1 мм рт. ст. и температуре 0' С. Г Лп Энергетические зависимости этого параметра для некоторых нз обыч- ~1 ных газов представлены на рис. 101. В большинстве ноннзанноиных манометров используются электроны с энергнямн около 150 эВ, обеспечя.
веющие наиболее высокне коэффициенты ионизация. Генерируемые прн столкновеннн с злектронамн положктельные ноны ускоряются в направления к коллектору () плотности частиц в измерительной лачпе судят по величине результирующего тока ионов. Соотношенне между ионным током (и током эмнссии злектронов У, н давлением газа выражается в виде (129( П- 1,)ор, А, (25) Гл. 2. Техники иысокого вакуума ионизационными с термокатодом. Во втором ионизация происходит в тлеющем разряде, ток положительных ионов которого и контролируется; соответствующие маиометрические лампы называются ноиизацнонимми с ненакаливземым катодом.
Существуют различные конструкции приборов обоих типов и многие нз ннх выпускаются серийно. Появление новых модификаций обычно связано со стремлением расширить рабочий диапазон манометра в область еще более низких давлений. Сраввение рабочих характеристик яесколькнх вариантов манометров этого типа было проведе- но Кор пел ьсеиом [343). Обзор ио1[ дакуумолм" . следних достижений в этой области лис;;)д„э недавно был сделан Грошковскнм [344).
б) Иоииэациояиые манометры с термакатодами. Самым первым и лоолслл тически наиболее простым воплощевием идеи ноннзацнониого манометра является триоднзя ионизацнонугллле„~пхг ная лампа. Как следует из рис. 102, абнод посредине нее расположен катод, который при нагрсве эмиттирует алек. троны. Катод ззземлен, а цилиндриЙ'I/эт т ческий коллектор ионов смещен по отношению к нему приблизительна на 30 В. Потенциал окружающей катод сетки с широким шагом ра- АЭ, ст вен пРиблизительно + !ВО В. Электроны, эмиттированные катодом, ускоряются в направлении к сетке, и ббльшая их часть пролетает сквозь нее. В пространстве между сеткой я коллектором электроны попадают в тормозящее электрическое поле и Нх эос.
ми. сясмотичссэос осоаэомсоис движение реверсируется. В реаультэиэяяой иоивээиоооооа исооистэичс- тате электроны совершают колебэ. свой воням. тельные движения до тех пор, пока не попадут на сетку. На своем пути некоторые из них сталкиваются с атомами остаточных газов и нонизируют нх,создавая прн этом пару электрон — ион. Положительно варяженный ион устремляется к коллектору, создавая тем самым небольшой по величине ток. Если эмиссионный ток поддерживается постоянным, то, как следует из уравнения [25), ионный ток пропорционален давлению газа. По порядку величины постоянная манометра !а равна 10 мм рт.
ст.-', а типичный эмиссионвый ток лежит в пределах ! — !О мА. Следовательно, при давлении !О-с мм рт. ст. ионный ток будет соответственно равен 1О-' — 10-т А. Пропорциональность величин тока ионов и давления в лампах этих типов нарушается для давлений выше 10-з мм рт. ст. Это связано с большой частотой столкновений электронов с молекулами в этом случае, вследствие чего появляется много медленных электронов.
Эти влектроны коллектнруются сетной и тем самым дают вклад в эмиссионный ток. Поскольку величина последнего поддерживается постоянной, зффективность ноиизации. а следовательно, и чувствительность манометра, уменьшаются. При дальнейшем увеличении давления вокруг нити накала образуется пространственно заряженное облако положительных ионов, в результате чего может возникнуть разряд типа дугового.
324 6. Вакуумные намерения Область рабочих давлений яоннзацноиного манометра может быть расширена н на область повышеннык давлений прн условнн, если длннз свободного пробега электронов будет уменьшена настолько, что снизится в частота ионизирующих столкновений.
Такой манометр, прнгодный для нзмерення давления вплоть до 0,6 мм рт. ст., был сконструнрован Шульцем к Фелпсом [345]. Его характерной особенностью является то, что эмнттнрующая электроны нять расположена в узком зазоре между двумя параллельными платами нэ молибдена. Напряжения смещения на ннх поданы так, что одна аз плат коллектирует положительные ионы, а электроны с катода, ие совершая колебаний, попадают на вторую. Более совершеннымн эксплуатационными характеристиками обладает другая, более поздняя модель ионизацнонного манометра для среднего вакуума «Мнллиторз"'. Он основан на том же самом принципе, ио свободный про.
бег электронов за счет близкого расположении проволочных электродов у него сокращен. При работе в режиме малого эмнсснонного тока (около 0,1 мА нлн меньше) постоянная манометра равна 0,5 мм рт. ст-х, а область рабочих давлений расположена в пределах 10-3 — ! мм рт. ст.
Ториро. ванный яридкевый проволочный катод позволяет нормально работать прв давлениях воздуха свыше 1 мм рт. ст. Манометр пригоден также для нзмереннй непосредственно в областн тлеющего разряда, что делает его удобным для непользования в системах для нонного распыления. Выходной злектрнческвй снгкал может быть нспольэован для автоматического контроля давления с помощью вспомогательного электронного устройства !3461. В областн очень низких давлений рабочая' область ноннзационных манометров лнмнтнруется тзк называемым рентгеновским эффектом. Возвращаясь обратно к рнс.
!02, мы видим, что сетка трнодной лампы не. прерывно бомбардируется злектронамя с энергией около 150 в В н с нн. тенсквностью, определяемой величиной эмиссионного тока. Этн влек. троны возбуждают рентгеновское язлученне, которое, попадая на дою лектор яонов, может вызывать фотоэлектронную эмисоню. Прибор, изме. рнющий коллекторный ток, не выделяет составляющие, обусловленные переносом заряда электронами, уходящими с коллектора, ялн попадаю. щнмк на него положительными ионами.
Таким образом, в случае, когда вторичная электроннав эмиссия становится уже сравнимой с током попов. пропорцнонвльность между давлением н ионным током нарушается. В трн. одных лампах величина вторичного эмиссионного тока эквявалентна ионному току, соответствующему давлению 10-змм рт. ст. Поэтому рассчитывать на разумную точность измерений для давленнй ннже 10-т мы рт. ст. уже нельзя. Развнтне современных ноннзацнонных мапо. метров вдет преимущественно по пути снижения рентгеновского огра.
ннчення посредством моднфнкацнн структуры электродов. В этом отношения успешнымн оказзлнсь трн подхода к решению задачи: резкое умень. щенке площадн коллектора конов, фнзнческое разделение и зкраннрование коллекторных электродов для электронов н для ионов и, наконец, использование магнитных полей для увеличения пробега электронов, чтя позволяет уменьшить ток электронной вмнсснн без сннження чуствн тельностн манометра, см.
уравненне !27!. Первый подход был развит Баярдом н Альпертом !347); конструкция нх прибора схематяческн показана на рнс. 103. Манометрнческая лампа Баярда †Альпер отлвчается от вышеопнсанной трнодной обратным расположением катода н коллектора попов по отношению к сетке. Коллектор новое уменьшен в размерах до проволочки диаметром О,!5 мм, расе' См.
Чаг!ап Час!шгп Ч!ечз, 1969, МаУ/Яппе. ч 325 Гл. 2. Техяика высокого вакуума Рнс. 1ОЗ. Илннкнлнрнннн мннрмссрнчсскнн лнмгн Бннрлн — Альлсртл. "Еще одним дополнительным доказательством целесообразности продолжения попыток улучшения рабочих характеристик манометров Баярда — Альперта путем изменения конструнцни электродов н их расположения является новый вариант прибора, описанный Рэдхедом с чувствитель яостью по азоту около 50 мм рт. ст,-' [3. Уасппш Вс(, ТесЬпо1; 8,848 (1989)). сй положенной в центре сеточной спирали. Потенциалы электродов и величины эмиссионных токов близки н тем, которые имеют место в трнодныя конструкциях с цилиндрическим коллектором.
Центральный проволочный коллектор собирает большую часть положительных ионов, образовавшихся внутри области, ограниченной спиралью сетки. Но при этом для рентгеновских лучей с сетки он расположен в очень узком телесном угле, на два-трн порядка величины меньшем по сравнению с тем, которыи имеет место в триодной лампе. Практически реятгеновсний порог для чанометрических ламп этого типа сдвинут до 10 '" мм рт. ст, [344[. В зависимости от структуры электродов постоянная лампа варьируется в пределах 10 — 25 млс рт. ст-'.
Ааааеетааиаеасу Как показали Альперт и Бурнтц ° гэаее сееМ [247), линейность соотношения Стееаяееая тока ионов и давления, см. уравеаааа пение (25), сохраняется во всем интервале !О-Р— !О тн мм рт. ст. летно Различные марки манометров (сгуесг! этого типа отличаются друг от друга, главным образом, конструкцией электродов Вариант, /'атаку представленный на рис. 103, Р-йрсу! имеет проволочный ноллектор, а сгтгаьссуьсеай остальные электроды для миииеаатессе мизации токов утечки крепятся к противоположной стороне сте' клянной колбы. Поскольку коллекторный ток очень мал, необходимо, чтобы цоколь лампы и соединительные кабели были очень тщательно изолированы. Характерной особенностью манометра лвляется наличие второго встроенного катода, используемого в случае выхода из строя первого.
Кинселла[348) и Грошковскя [349) исследовали влияние размеров электродов манометрической лампы иа ее свойства. Рэдхеду удалось расширить область рабочих давлений почти на порядок в сторону более глубокого вакуума [350). Это было достигнуто введением рядом со спиралью сетки еще одного дополнительного злектродв. На этот вспомогательный электрод подается переменное напряжение, молулирующее ток положительных ионов. Поскольку фотоэмисснонный ток, обусловленный рентгеновским облучением, остается неизменным, то вклад каждого нз этих токов может быть легко выделен"'.
Второй метод уменьшения рентгеновского порога'для ионизапиомных манометров за счет удаления коллектора ионов от сетки может быть осуществлен несколькими способами. Один из вариантов,манометр Клопфера, схематически представлен на рис. 104 [35!). Электроны, змнттированные катодом, коллимируются электростатическим потенциалом трех щелей и продольным магнитным полем. Пройдя через камеру манометра, они б.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
